Nature.com သို့ ဝင်ရောက်ကြည့်ရှုသည့်အတွက် ကျေးဇူးတင်ပါသည်။ သင်အသုံးပြုနေသော browser ဗားရှင်းတွင် CSS ပံ့ပိုးမှု အကန့်အသတ်ရှိသည်။ အကောင်းဆုံးအတွေ့အကြုံအတွက်၊ အပ်ဒိတ်လုပ်ထားသော browser ကို အသုံးပြုရန် (သို့မဟုတ် Internet Explorer ရှိ Compatibility Mode ကို ပိတ်ရန်) အကြံပြုအပ်ပါသည်။ ထိုအတောအတွင်း၊ ဆက်လက်ပံ့ပိုးမှုရရှိစေရန်အတွက်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် ဆိုက်ကို styles နှင့် JavaScript မပါဘဲ render လုပ်ပါမည်။
Actuator များကို နေရာတိုင်းတွင် အသုံးပြုကြပြီး ထုတ်လုပ်ရေးနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်း အလိုအလျောက်လုပ်ဆောင်မှုများတွင် လုပ်ဆောင်ချက်အမျိုးမျိုးကို လုပ်ဆောင်ရန် မှန်ကန်သော လှုံ့ဆော်မှုအား သို့မဟုတ် torque ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ထိန်းချုပ်ထားသော ရွေ့လျားမှုကို ဖန်တီးပေးသည်။ ပိုမိုမြန်ဆန်၊ သေးငယ်ပြီး ပိုမိုထိရောက်သော drive များအတွက် လိုအပ်ချက်သည် drive ဒီဇိုင်းတွင် ဆန်းသစ်တီထွင်မှုကို မောင်းနှင်နေသည်။ Shape Memory Alloy (SMA) drive များသည် ရိုးရာ drive များထက် အားသာချက်များစွာကို ပေးဆောင်ပြီး ၎င်းတွင် power-to-weight ratio မြင့်မားခြင်း ပါဝင်သည်။ ဤစာတမ်းတွင်၊ ဇီဝဗေဒစနစ်များ၏ feathery muscles များ၏ အားသာချက်များနှင့် SMAs များ၏ ထူးခြားသောဂုဏ်သတ္တိများကို ပေါင်းစပ်ထားသည့် two-feathered SMA-based actuator ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ ဤလေ့လာမှုသည် bimodal SMA wire arrangement ကို အခြေခံ၍ actuator အသစ်၏ သင်္ချာပုံစံတစ်ခုကို တီထွင်ပြီး စမ်းသပ်မှုဖြင့် ယခင် SMA actuator များကို စူးစမ်းလေ့လာပြီး တိုးချဲ့သည်။ SMA ကို အခြေခံ၍ သိရှိထားသော drive များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက drive အသစ်၏ actuation force သည် အနည်းဆုံး ၅ ဆ ပိုများသည် (150 N အထိ)။ သက်ဆိုင်ရာ weight loss သည် 67% ခန့်ရှိသည်။ သင်္ချာပုံစံများ၏ sensitivity analysis ၏ ရလဒ်များသည် ဒီဇိုင်း parameters များကို ချိန်ညှိခြင်းနှင့် key parameters များကို နားလည်ခြင်းအတွက် အသုံးဝင်သည်။ ဤလေ့လာမှုသည် ဒိုင်းနမစ်များကို ပိုမိုမြှင့်တင်ရန် အသုံးပြုနိုင်သည့် multi-level Nth stage drive တစ်ခုကိုလည်း တင်ပြထားသည်။ SMA-အခြေခံ dipvalerate muscle actuators များသည် အဆောက်အဦအလိုအလျောက်စနစ်မှသည် တိကျသောဆေးဝါးပို့ဆောင်ရေးစနစ်များအထိ ကျယ်ပြန့်သောအသုံးချမှုများရှိသည်။
နို့တိုက်သတ္တဝါများ၏ ကြွက်သားဖွဲ့စည်းပုံများကဲ့သို့သော ဇီဝဗေဒစနစ်များသည် သိမ်မွေ့သော actuator များစွာကို အသက်ဝင်စေနိုင်သည်1။ နို့တိုက်သတ္တဝါများတွင် ကွဲပြားသော ကြွက်သားဖွဲ့စည်းပုံများရှိပြီး တစ်ခုချင်းစီတွင် သီးခြားရည်ရွယ်ချက်တစ်ခုစီကို ဆောင်ရွက်ပေးပါသည်။ သို့သော် နို့တိုက်သတ္တဝါများ၏ ကြွက်သားတစ်ရှူးဖွဲ့စည်းပုံအများစုကို အမျိုးအစားနှစ်မျိုးခွဲခြားနိုင်သည်။ ပြိုင်တူကြွက်သားနှင့် ပန်နိတ်ကြွက်သား။ hamstrings နှင့် အခြား flexors များတွင် အမည်က အကြံပြုထားသည့်အတိုင်း ပြိုင်တူကြွက်သားတွင် အလယ်ဗဟိုအရွတ်နှင့် ပြိုင်တူကြွက်သားအမျှင်များရှိသည်။ ကြွက်သားအမျှင်များ၏ ကွင်းဆက်ကို ၎င်းတို့ပတ်လည်ရှိ connective tissue များဖြင့် စီတန်းထားပြီး လုပ်ဆောင်ချက်အရ ချိတ်ဆက်ထားသည်။ ဤကြွက်သားများသည် ကြီးမားသော ရွေ့လျားမှုရှိသည်ဟု ဆိုသော်လည်း (ရာခိုင်နှုန်းတိုတောင်းခြင်း)၊ ၎င်းတို့၏ ಒಟ್ಟಾರೆကြွက်သားအစွမ်းသတ္တိမှာ အလွန်ကန့်သတ်ထားသည်။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားဖြင့် triceps calf muscle2 (lateral gastrocnemius (GL)3, medial gastrocnemius (GM)4 နှင့် soleus (SOL)) နှင့် extensor femoris (quadriceps)5,6 တွင် ပန်နိတ်ကြွက်သားတစ်ရှူးကို ကြွက်သားတစ်ခုစီတွင် တွေ့ရှိရသည်။ pinnate structure တွင် bipennate musculature ရှိ ကြွက်သားအမျှင်များသည် အလယ်ဗဟိုအရွတ်၏ နှစ်ဖက်စလုံးတွင် oblique angles (pinnate angles) တွင် ရှိနေပါသည်။ Pennate သည် လက်တင်စကားလုံး “pen” မှ ဆင်းသက်လာပြီး ပုံ ၁ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ငှက်မွှေးပုံသဏ္ဌာန်ရှိသည်။ pennate ကြွက်သားများ၏ အမျှင်များသည် ပိုတိုပြီး ကြွက်သား၏ အလျားလိုက်ဝင်ရိုးနှင့် ထောင့်မှန်ကျသည်။ pinnate ဖွဲ့စည်းပုံကြောင့် ဤကြွက်သားများ၏ ಒಟ್ಟಾರೆလှုပ်ရှားနိုင်စွမ်း လျော့နည်းသွားပြီး တိုတောင်းစေသော လုပ်ငန်းစဉ်၏ transverse နှင့် longitudinal အစိတ်အပိုင်းများ ဖြစ်ပေါ်လာစေသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ဤကြွက်သားများကို လှုံ့ဆော်ခြင်းသည် ဇီဝကမ္မဗေဒဆိုင်ရာ cross-sectional area ကို တိုင်းတာပုံကြောင့် ಒಟ್ಟಾರೆကြွက်သားခွန်အား ပိုမိုမြင့်မားစေသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပေးထားသော cross-sectional area အတွက် pennate ကြွက်သားများသည် ပိုမိုအားကောင်းပြီး parallel fiber များပါရှိသော ကြွက်သားများထက် ပိုမိုမြင့်မားသော အားများကို ထုတ်လုပ်ပေးလိမ့်မည်။ တစ်ဦးချင်း fiber များမှ ထုတ်လုပ်သော အားများသည် ထိုကြွက်သားတစ်ရှူးတွင် macroscopic အဆင့်တွင် ကြွက်သားအားများကို ထုတ်လုပ်ပေးသည်။ ထို့အပြင်၊ ၎င်းတွင် မြန်ဆန်သော ကျုံ့ခြင်း၊ tensile ပျက်စီးမှုမှ ကာကွယ်ခြင်း၊ cushioning ကဲ့သို့သော ထူးခြားသောဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ ၎င်းသည် ကြွက်သားလှုပ်ရှားမှုမျဉ်းကြောင်းများနှင့် ဆက်စပ်နေသော fiber အစီအစဉ်၏ ထူးခြားသောအင်္ဂါရပ်များနှင့် geometric ရှုပ်ထွေးမှုကို အသုံးချခြင်းဖြင့် fiber input နှင့် ကြွက်သား power output အကြား ဆက်နွယ်မှုကို ပြောင်းလဲပေးသည်။
bimodal muscular architecture နှင့် ဆက်စပ်၍ ရှိပြီးသား SMA-based actuator ဒီဇိုင်းများ၏ schematic diagram များကို ပြသထားပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့် (က)၊ SMA ဝါယာကြိုးများဖြင့် လှုပ်ရှားစေသော လက်ပုံသဏ္ဍာန်ကိရိယာကို ဘီးနှစ်ဘီးပါ autonomous mobile robot9,10 ပေါ်တွင် တပ်ဆင်ထားသည့် tactile force ၏ interaction ကိုကိုယ်စားပြုသည်။ , (ခ) SMA spring-loaded orbital prosthesis ကို ဆန့်ကျင်ဘက်အနေဖြင့် ထားရှိထားသော Robotic orbital prosthesis။ prosthetic eye ၏ အနေအထားကို မျက်လုံး၏ ocular muscle မှ signal ဖြင့် ထိန်းချုပ်သည်11၊ (ဂ) SMA actuators များသည် ၎င်းတို့၏ မြင့်မားသော frequency response နှင့် bandwidth နိမ့်ခြင်းကြောင့် ရေအောက် application များအတွက် အသင့်တော်ဆုံးဖြစ်သည်။ ဤဖွဲ့စည်းပုံတွင်၊ SMA actuators များကို ငါးများ၏လှုပ်ရှားမှုကို တုပခြင်းဖြင့် လှိုင်းလှုပ်ရှားမှုကို ဖန်တီးရန် အသုံးပြုသည်၊ (ဃ) SMA actuators များကို channel 10 အတွင်းရှိ SMA ဝါယာကြိုးများ၏ ရွေ့လျားမှုဖြင့် ထိန်းချုပ်ထားသော လက်မတီကောင်ရွေ့လျားမှုနိယာမကို အသုံးပြုနိုင်သည့် မိုက်ခရိုပိုက်စစ်ဆေးရေးစက်ရုပ်တစ်ခု ဖန်တီးရန် အသုံးပြုသည်၊ (င) ကြွက်သားအမျှင်များ၏ ကျုံ့ဝင်မှုဦးတည်ရာနှင့် gastrocnemius တစ်ရှူးတွင် ကျုံ့ဝင်မှုအားကို ထုတ်ပေးသည်ကို ပြသသည်၊ (စ) pennate ကြွက်သားဖွဲ့စည်းပုံတွင် ကြွက်သားအမျှင်များပုံစံဖြင့် စီစဉ်ထားသော SMA ဝါယာကြိုးများကို ပြသသည်။
actuator များသည် ၎င်းတို့၏ ကျယ်ပြန့်သော အသုံးချမှုများကြောင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာစနစ်များ၏ အရေးကြီးသော အစိတ်အပိုင်းတစ်ခု ဖြစ်လာခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပိုမိုသေးငယ်၊ ပိုမိုမြန်ဆန်ပြီး ပိုမိုထိရောက်သော drive များအတွက် လိုအပ်ချက်သည် အရေးကြီးလာသည်။ ၎င်းတို့၏ အားသာချက်များရှိသော်လည်း၊ ရိုးရာ drive များသည် စျေးကြီးပြီး ထိန်းသိမ်းရန် အချိန်ကုန်ကြောင်း သက်သေပြခဲ့သည်။ Hydraulic နှင့် pneumatic actuator များသည် ရှုပ်ထွေးပြီး စျေးကြီးပြီး ဟောင်းနွမ်းခြင်း၊ ချောဆီပြဿနာများနှင့် အစိတ်အပိုင်းချို့ယွင်းမှုများ ဖြစ်နိုင်သည်။ ဝယ်လိုအားကို တုံ့ပြန်သည့်အနေဖြင့်၊ စမတ်ပစ္စည်းများအပေါ် အခြေခံ၍ ကုန်ကျစရိတ်သက်သာသော၊ အရွယ်အစားအကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ထားသော နှင့် အဆင့်မြင့် actuator များ တီထွင်ရန် အဓိကထားသည်။ လက်ရှိသုတေသနပြုချက်သည် ဤလိုအပ်ချက်ကို ဖြည့်ဆည်းရန် shape memory alloy (SMA) layered actuator များကို ကြည့်ရှုနေပါသည်။ Hierarchical actuator များသည် လုပ်ဆောင်ချက်တိုးမြှင့်ရန်နှင့် ချဲ့ထွင်ရန် discrete actuator အများအပြားကို geometrically complex macro scale subsystems များအဖြစ် ပေါင်းစပ်ထားသောကြောင့် ထူးခြားသည်။ ဤကိစ္စနှင့်စပ်လျဉ်း၍ အထက်တွင်ဖော်ပြထားသော လူ့ကြွက်သားတစ်ရှူးသည် ထိုကဲ့သို့သော multilayered actuation ၏ အလွန်ကောင်းမွန်သော multilayered ဥပမာတစ်ခုကို ပေးဆောင်သည်။ လက်ရှိလေ့လာမှုတွင် bimodal ကြွက်သားများတွင်ရှိသော fiber orientations များနှင့် ချိန်ညှိထားသော individual drive element အများအပြား (SMA wires) ပါရှိသော multi-level SMA drive တစ်ခုကို ဖော်ပြထားပြီး၊ ၎င်းသည် drive စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေသည်။
actuator ရဲ့ အဓိကရည်ရွယ်ချက်က လျှပ်စစ်စွမ်းအင်ကို ပြောင်းလဲခြင်းအားဖြင့် အားနဲ့ ရွေ့လျားမှုလိုမျိုး စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ပါဝါထွက်ရှိမှုကို ထုတ်လုပ်ဖို့ပါ။ Shape memory alloys တွေဟာ အပူချိန်မြင့်မားတဲ့အခါ သူတို့ရဲ့ပုံသဏ္ဍာန်ကို ပြန်လည်ထိန်းသိမ်းနိုင်တဲ့ “smart” ပစ္စည်းအမျိုးအစားတစ်ခုဖြစ်ပါတယ်။ ဝန်များတဲ့အခါ SMA ဝါယာကြိုးရဲ့ အပူချိန်မြင့်တက်လာတာကြောင့် ပုံသဏ္ဍာန်ပြန်လည်ကောင်းမွန်လာပြီး တိုက်ရိုက်ချိတ်ဆက်ထားတဲ့ smart ပစ္စည်းအမျိုးမျိုးနဲ့ နှိုင်းယှဉ်ရင် actuation energy density မြင့်မားလာပါတယ်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပဲ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဝန်တွေအောက်မှာ SMA တွေ ကြွပ်ဆတ်လာပါတယ်။ အခြေအနေအချို့မှာ cyclic load ဟာ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ စွမ်းအင်ကို စုပ်ယူပြီး ထုတ်လွှတ်နိုင်ပြီး ပြောင်းပြန်လှန်နိုင်တဲ့ hysteretic shape ပြောင်းလဲမှုတွေကို ပြသပါတယ်။ ဒီထူးခြားတဲ့ဂုဏ်သတ္တိတွေက SMA ကို sensor တွေ၊ vibration damping နဲ့ အထူးသဖြင့် actuator တွေအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်စေပါတယ်။12 ဒါကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားပြီး SMA-based drives တွေအပေါ် သုတေသနအများကြီး ပြုလုပ်ခဲ့ပါတယ်။ SMA-based actuators တွေကို အသုံးချမှုအမျိုးမျိုးအတွက် translational နဲ့ rotary motion တွေ ပံ့ပိုးပေးဖို့ ဒီဇိုင်းထုတ်ထားတာကို သတိပြုသင့်ပါတယ်။13,14,15 rotary actuator အချို့ကို တီထွင်ထားပေမယ့် သုတေသီတွေဟာ linear actuators တွေကို အထူးစိတ်ဝင်စားကြပါတယ်။ ဒီ linear actuators တွေကို actuator အမျိုးအစားသုံးမျိုးခွဲခြားနိုင်ပါတယ်- one-dimensional, displacement နဲ့ differential actuators16။ အစပိုင်းတွင် hybrid drives များကို SMA နှင့် အခြားရိုးရာ drives များနှင့် ပေါင်းစပ်၍ ဖန်တီးခဲ့သည်။ SMA-based hybrid linear actuator ၏ ဥပမာတစ်ခုမှာ DC motor ပါသည့် SMA ဝါယာကြိုးကို အသုံးပြု၍ 100 N ခန့်၏ output force နှင့် သိသာထင်ရှားသော displacement17 ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။
SMA ကို လုံးဝအခြေခံထားတဲ့ drive တွေရဲ့ ပထမဆုံး ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုတွေထဲက တစ်ခုက SMA parallel drive ပါ။ SMA ဝါယာကြိုးများစွာကို အသုံးပြုပြီး SMA-based parallel drive ကို SMA18 ဝါယာကြိုးအားလုံးကို parallel မှာထားခြင်းအားဖြင့် drive ရဲ့ ပါဝါစွမ်းရည်ကို မြှင့်တင်ဖို့ ဒီဇိုင်းထုတ်ထားပါတယ်။ actuator တွေရဲ့ parallel ချိတ်ဆက်မှုမှာ ပါဝါပိုမိုလိုအပ်ရုံသာမက ဝါယာကြိုးတစ်ခုတည်းရဲ့ output power ကိုလည်း ကန့်သတ်ထားပါတယ်။ SMA based actuator တွေရဲ့ နောက်ထပ်အားနည်းချက်တစ်ခုကတော့ သူတို့ရရှိနိုင်တဲ့ travel အကန့်အသတ်ရှိပါတယ်။ ဒီပြဿနာကို ဖြေရှင်းဖို့အတွက် displacement တိုးမြှင့်ပြီး linear motion ကိုရရှိစေဖို့ deflected flexible beam ပါဝင်တဲ့ SMA cable beam ကို ဖန်တီးခဲ့ပေမယ့် ပိုမိုမြင့်မားတဲ့ force တွေကို မထုတ်လုပ်ပေးခဲ့ပါဘူး။ shape memory alloys တွေကို အခြေခံထားတဲ့ robot တွေအတွက် soft deformable structures နဲ့ fabrics တွေကို impact amplification အတွက် အဓိကအားဖြင့် တီထွင်ထုတ်လုပ်ထားပါတယ်။ မြန်နှုန်းမြင့်လိုအပ်တဲ့ application တွေအတွက် micropump driven application တွေအတွက် thin film SMAs တွေကို အသုံးပြုပြီး compact driven pumps တွေကို ဖော်ပြထားတာကို တွေ့ရပါတယ်။ thin film SMA membrane ရဲ့ drive frequency ဟာ driver ရဲ့ speed ကို ထိန်းချုပ်ရာမှာ အဓိကအချက်တစ်ခုဖြစ်ပါတယ်။ ဒါကြောင့် SMA linear motor တွေဟာ SMA spring ဒါမှမဟုတ် rod motor တွေထက် dynamic response ပိုကောင်းပါတယ်။ ပျော့ပျောင်းသော ရိုဘော့တစ်များနှင့် ဆုပ်ကိုင်နည်းပညာတို့သည် SMA-အခြေခံ actuator များကို အသုံးပြုသည့် အခြားအသုံးချမှုနှစ်ခုဖြစ်သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ 25 N space clamp တွင်အသုံးပြုသော စံ actuator ကို အစားထိုးရန်အတွက်၊ shape memory alloy parallel actuator 24 ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ အခြားကိစ္စတစ်ခုတွင်၊ SMA ပျော့ပျောင်းသော actuator ကို အများဆုံး 30 N ဆွဲအားထုတ်လုပ်နိုင်သည့် embedded matrix ပါသည့် ဝါယာကြိုးတစ်ခုပေါ်တွင် အခြေခံ၍ ဖန်တီးထားသည်။ ၎င်းတို့၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများကြောင့် SMA များကို ဇီဝဗေဒဆိုင်ရာဖြစ်စဉ်များကို တုပသော actuator များထုတ်လုပ်ရန်လည်း အသုံးပြုသည်။ ထိုကဲ့သို့သော ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုတစ်ခုတွင် မီးသို့ sinusoidal ရွေ့လျားမှုကို ထုတ်လုပ်ရန် SMA ရှိသော မြေတီကောင်ကဲ့သို့သော သက်ရှိကို ဇီဝတုပသည့် ဆဲလ် 12 စက်ရုပ်တစ်ခု ပါဝင်သည်။
အစောပိုင်းက ဖော်ပြခဲ့သည့်အတိုင်း၊ ရှိပြီးသား SMA-based actuators များမှ ရရှိနိုင်သော အများဆုံးအားအတွက် ကန့်သတ်ချက်ရှိပါသည်။ ဤပြဿနာကို ဖြေရှင်းရန်အတွက်၊ ဤလေ့လာမှုသည် biomimetic bimodal muscle structure ကို တင်ပြထားသည်။ shape memory alloy wire ဖြင့် မောင်းနှင်သည်။ ၎င်းသည် shape memory alloy wire အများအပြားပါဝင်သော classification system ကို ပေးပါသည်။ ယနေ့အထိ၊ အလားတူဗိသုကာလက်ရာရှိသော SMA-based actuators များကို စာပေများတွင် ဖော်ပြထားခြင်းမရှိပါ။ SMA ကို အခြေခံသည့် ဤထူးခြားပြီး ဆန်းသစ်သောစနစ်ကို bimodal muscle alignment အတွင်း SMA ၏ အပြုအမူကို လေ့လာရန် တီထွင်ခဲ့သည်။ ရှိပြီးသား SMA-based actuators များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက၊ ဤလေ့လာမှု၏ ရည်ရွယ်ချက်မှာ ပမာဏအနည်းငယ်တွင် သိသိသာသာ မြင့်မားသောအားများကို ထုတ်လုပ်ရန် biomimetic dipvalerate actuator တစ်ခုကို ဖန်တီးရန်ဖြစ်သည်။ HVAC building automation နှင့် control systems များတွင် အသုံးပြုသော ရိုးရာ stepper motor driven drives များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက၊ အဆိုပြုထားသော SMA-based bimodal drive design သည် drive mechanism ၏ အလေးချိန်ကို 67% လျှော့ချပေးသည်။ အောက်ပါတွင်၊ “muscle” နှင့် “drive” ဟူသော ဝေါဟာရများကို အပြန်အလှန်အသုံးပြုထားသည်။ ဤလေ့လာမှုသည် ထိုကဲ့သို့သော drive ၏ multiphysics simulation ကို စုံစမ်းစစ်ဆေးသည်။ ထိုကဲ့သို့သော စနစ်များ၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ အပြုအမူကို စမ်းသပ်မှုနှင့် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာနည်းလမ်းများဖြင့် လေ့လာခဲ့သည်။ 7 V အဝင်ဗို့အားတွင် အားနှင့် အပူချိန်ဖြန့်ဖြူးမှုများကို ထပ်မံစုံစမ်းစစ်ဆေးခဲ့သည်။ ထို့နောက်တွင် အဓိက parameter များနှင့် အထွက်အားအကြား ဆက်နွယ်မှုကို ပိုမိုနားလည်စေရန် parametric analysis တစ်ခုကို ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ နောက်ဆုံးတွင် hierarchical actuator များကို မြင်ယောင်ထားပြီး prosthetic application များအတွက် non-magnetic actuator များအတွက် အနာဂတ်အလားအလာရှိသော နယ်ပယ်တစ်ခုအဖြစ် hierarchical level effect များကို အဆိုပြုထားသည်။ အထက်ဖော်ပြပါ လေ့လာမှုများ၏ ရလဒ်များအရ single-stage architecture ကိုအသုံးပြုခြင်းသည် SMA-based actuator များထက် အနည်းဆုံး လေးဆမှ ငါးဆပိုမိုမြင့်မားသော အားများကို ထုတ်လုပ်ပေးသည်။ ထို့အပြင် multi-level multi-level drive မှထုတ်လုပ်သော တူညီသော drive force သည် ရိုးရာ SMA-based drive များထက် ဆယ်ဆကျော်ပိုများကြောင်း ပြသထားသည်။ ထို့နောက် လေ့လာမှုသည် မတူညီသောဒီဇိုင်းများနှင့် input variable များအကြား sensitivity analysis ကို အသုံးပြု၍ အဓိက parameter များကို အစီရင်ခံသည်။ SMA ဝါယာကြိုး၏ အစပိုင်းအရှည် (\(l_0\))၊ pinnate angle (\(alpha\)) နှင့် တစ်ဦးချင်း strand တစ်ခုစီရှိ single strand (n) အရေအတွက်သည် driving force ၏ ပမာဏအပေါ် ပြင်းထန်သော အပျက်သဘောဆောင်သော အကျိုးသက်ရောက်မှုရှိပြီး input voltage (energy) သည် အပြုသဘောဆောင်သော ဆက်စပ်မှုရှိကြောင်း တွေ့ရှိရသည်။
SMA ဝါယာကြိုးသည် နီကယ်-တိုက်တေနီယမ် (Ni-Ti) အလွိုင်းမိသားစုတွင် တွေ့ရသော ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်အကျိုးသက်ရောက်မှု (SME) ကို ပြသသည်။ ပုံမှန်အားဖြင့် SMA များသည် အပူချိန်ပေါ်မူတည်သော အဆင့်နှစ်ခုကို ပြသသည်- အပူချိန်နိမ့်အဆင့်နှင့် အပူချိန်မြင့်အဆင့်။ အဆင့်နှစ်ခုစလုံးတွင် မတူညီသော ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံများ ရှိနေခြင်းကြောင့် ထူးခြားသောဂုဏ်သတ္တိများရှိသည်။ အသွင်ပြောင်းအပူချိန်အထက်တွင် ရှိနေသော austenite အဆင့် (အပူချိန်မြင့်အဆင့်) တွင် ပစ္စည်းသည် မြင့်မားသောခိုင်ခံ့မှုကို ပြသပြီး ဝန်အောက်တွင် ပုံပျက်မှုနည်းပါးသည်။ အလွိုင်းသည် သံမဏိကဲ့သို့ ပြုမူသောကြောင့် မြင့်မားသော actuation ဖိအားများကို ခံနိုင်ရည်ရှိသည်။ Ni-Ti အလွိုင်းများ၏ ဤဂုဏ်သတ္တိကို အခွင့်ကောင်းယူ၍ SMA ဝါယာကြိုးများကို actuator တစ်ခုဖွဲ့စည်းရန် စောင်းထားသည်။ မတူညီသော parameters များနှင့် မတူညီသော geometries များ၏ လွှမ်းမိုးမှုအောက်တွင် SMA ၏ အပူအပြုအမူ၏ အခြေခံယန္တရားကို နားလည်ရန် သင့်လျော်သော ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုပုံစံများကို တီထွင်ထားသည်။ စမ်းသပ်မှုနှင့် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုရလဒ်များအကြား ကောင်းမွန်သော သဘောတူညီချက်ကို ရရှိခဲ့သည်။
ပုံ ၉က တွင်ပြထားသော ပုံစံငယ်တွင် SMA ကိုအခြေခံ၍ bimodal drive ၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို အကဲဖြတ်ရန် စမ်းသပ်လေ့လာမှုတစ်ခု ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ ဤဂုဏ်သတ္တိနှစ်ခုဖြစ်သည့် drive မှထုတ်လုပ်သောအား (ကြွက်သားအား) နှင့် SMA ဝါယာကြိုး၏အပူချိန် (SMA အပူချိန်) ကို စမ်းသပ်တိုင်းတာခဲ့သည်။ drive ရှိဝါယာကြိုးတစ်လျှောက် ဗို့အားကွာခြားချက်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ Joule အပူပေးမှုအကျိုးသက်ရောက်မှုကြောင့် ဝါယာကြိုး၏အပူချိန်တိုးလာသည်။ အဝင်ဗို့အားကို ၁၀ စက္ကန့်ကြာ စက်ဝန်းနှစ်ခု (ပုံ ၂က၊ ခ တွင် အနီရောင်အစက်များအဖြစ်ပြထားသည်) ဖြင့် စက်ဝန်းတစ်ခုနှင့်တစ်ခုကြားတွင် ၁၅ စက္ကန့်အအေးခံကာလဖြင့် အသုံးချခဲ့သည်။ blocking force ကို piezoelectric strain gauge ကိုအသုံးပြု၍ တိုင်းတာခဲ့ပြီး SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်ဖြန့်ဖြူးမှုကို သိပ္ပံနည်းကျအဆင့်မြင့် resolution LWIR ကင်မရာ (ဇယား ၂ တွင်အသုံးပြုသော ပစ္စည်းကိရိယာများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကိုကြည့်ပါ) ကို အသုံးပြု၍ အချိန်နှင့်တပြေးညီ စောင့်ကြည့်ခဲ့သည်။ မြင့်မားသောဗို့အားအဆင့်တွင် ဝါယာကြိုး၏အပူချိန်သည် အဆက်မပြတ်တိုးလာသော်လည်း လျှပ်စီးကြောင်းမစီးဆင်းသည့်အခါ ဝါယာကြိုး၏အပူချိန်သည် ဆက်လက်ကျဆင်းနေကြောင်း ပြသသည်။ လက်ရှိစမ်းသပ်ချက်တွင် SMA ဝါယာကြိုး၏အပူချိန်သည် အအေးခံအဆင့်တွင် ကျဆင်းသွားသော်လည်း ပတ်ဝန်းကျင်အပူချိန်ထက် မြင့်မားနေဆဲဖြစ်သည်။ ပုံ ၂e တွင် LWIR ကင်မရာမှ ရိုက်ကူးထားသော SMA ဝါယာကြိုးပေါ်ရှိ အပူချိန်၏ snapshot ကို ပြသထားသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ပုံ ၂a တွင် drive system မှထုတ်ပေးသော blocking force ကိုပြသထားသည်။ ကြွက်သားအားသည် spring ၏ restoring force ထက် ကျော်လွန်သွားသောအခါ၊ ပုံ ၉a တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ရွေ့လျားနိုင်သော လက်မောင်းသည် စတင်ရွေ့လျားသည်။ လှုပ်ရှားမှုစတင်သည်နှင့် ရွေ့လျားနိုင်သော လက်မောင်းသည် sensor နှင့်ထိတွေ့ပြီး ပုံ ၂c၊ d တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း body force ကိုဖန်တီးပေးသည်။ အမြင့်ဆုံးအပူချိန်သည် \(84\,^{\circ}\hbox {C}\) နှင့်နီးကပ်သောအခါ၊ အများဆုံးတွေ့ရှိရသောအားမှာ 105 N ဖြစ်သည်။
ဂရပ်တွင် SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်နှင့် አዲስ ...
သင်္ချာပုံစံ၏ simulation ရလဒ်များနှင့် စမ်းသပ်မှုရလဒ်များကို ပုံ ၅ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း input voltage 7V အခြေအနေအောက်တွင် နှိုင်းယှဉ်ထားသည်။ parametric analysis ရလဒ်များနှင့် SMA wire အပူလွန်ကဲခြင်းဖြစ်နိုင်ခြေကို ရှောင်ရှားရန်အတွက် 11.2 W ပါဝါကို actuator သို့ ထောက်ပံ့ပေးခဲ့သည်။ input voltage အဖြစ် 7V ထောက်ပံ့ပေးရန် programmable DC power supply ကို အသုံးပြုခဲ့ပြီး wire တစ်လျှောက် 1.6A current ကို တိုင်းတာခဲ့သည်။ current ကို အသုံးပြုသောအခါ drive မှထုတ်လုပ်သောအားနှင့် SDR ၏အပူချိန်တိုးလာသည်။ 7V input voltage ဖြင့် simulation ရလဒ်များနှင့် ပထမ cycle ၏ စမ်းသပ်မှုရလဒ်များမှရရှိသော အမြင့်ဆုံး output force မှာ 78 N နှင့် 96 N အသီးသီးဖြစ်သည်။ ဒုတိယ cycle တွင် simulation နှင့် စမ်းသပ်မှုရလဒ်များ၏ အမြင့်ဆုံး output force မှာ 150 N နှင့် 105 N အသီးသီးဖြစ်သည်။ occlusion force တိုင်းတာမှုများနှင့် စမ်းသပ်မှုဒေတာများအကြား ကွဲလွဲမှုသည် occlusion force ကို တိုင်းတာရန်အသုံးပြုသည့်နည်းလမ်းကြောင့် ဖြစ်နိုင်သည်။ ပုံ ၁ တွင်ပြထားသော စမ်းသပ်မှုရလဒ်များ။ ၅က သည် လော့ချအားတိုင်းတာမှုနှင့် ကိုက်ညီပြီး ပုံ ၂s တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း ဒရိုက်ရိုးသည် PACEline CFT/5kN piezoelectric force transducer နှင့် ထိတွေ့နေချိန်တွင် ၎င်းကို တိုင်းတာခဲ့သည်။ ထို့ကြောင့် ဒရိုက်ရိုးသည် အအေးခံဇုန်အစရှိ အားအာရုံခံကိရိယာနှင့် ထိတွေ့မှုမရှိသည့်အခါ အားသည် ချက်ချင်းသုညဖြစ်သွားသည် (ပုံ ၂d တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း)။ ထို့အပြင်၊ နောက်ဆက်တွဲစက်ဝန်းများတွင် အားဖွဲ့စည်းမှုကို သက်ရောက်မှုရှိသော အခြားကန့်သတ်ချက်များမှာ အအေးခံချိန်တန်ဖိုးများနှင့် ယခင်စက်ဝန်းတွင် အပူလွှဲပြောင်းမှုကိန်းဂဏန်းဖြစ်သည်။ ပုံ ၂ခ မှ၊ အအေးခံချိန် ၁၅ စက္ကန့်ပြီးနောက်၊ SMA ဝါယာကြိုးသည် အခန်းအပူချိန်သို့ မရောက်ရှိသေးသောကြောင့် ပထမစက်ဝန်း (\(25\, ^{\circ}\hbox {C}\)) နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဒုတိယမောင်းနှင်မှုစက်ဝန်းတွင် ကနဦးအပူချိန် (\(40\,^{\circ}\hbox {C}\)) ပိုမိုမြင့်မားသည်ကို မြင်နိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် ပထမစက်ဝန်းနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဒုတိယအပူပေးစက်ဝန်းအတွင်း SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်သည် ကနဦး austenite အပူချိန် (\(A_s\)) သို့ ပိုမိုစောစီးစွာရောက်ရှိပြီး အကူးအပြောင်းကာလတွင် ပိုကြာအောင်ရှိနေကာ ဖိစီးမှုနှင့် အားကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ စမ်းသပ်မှုများနှင့် သရုပ်ဖော်မှုများမှ ရရှိသော အပူပေးခြင်းနှင့် အအေးပေးစက်ဝန်းအတွင်း အပူချိန်ဖြန့်ဖြူးမှုများသည် thermographic ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုမှ ဥပမာများနှင့် အရည်အသွေးမြင့်မားသော ဆင်တူမှုရှိသည်။ စမ်းသပ်မှုများနှင့် သရုပ်ဖော်မှုများမှ SMA ဝါယာကြိုး အပူဒေတာ၏ နှိုင်းယှဉ်ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုသည် အပူပေးခြင်းနှင့် အအေးပေးစက်ဝန်းအတွင်း တသမတ်တည်းရှိမှုနှင့် စမ်းသပ်မှုဒေတာအတွက် လက်ခံနိုင်သော သည်းခံနိုင်စွမ်းအတွင်းတွင်ရှိကြောင်း ပြသခဲ့သည်။ ပထမစက်ဝန်း၏ သရုပ်ဖော်မှုနှင့် စမ်းသပ်မှုရလဒ်များမှ ရရှိသော SMA ဝါယာကြိုး၏ အမြင့်ဆုံးအပူချိန်မှာ \(89\,^{\circ }\hbox {C}\) နှင့် \(75\,^{\circ }\hbox { C}\, အသီးသီး) ဖြစ်ပြီး ဒုတိယစက်ဝန်းတွင် SMA ဝါယာကြိုး၏ အမြင့်ဆုံးအပူချိန်မှာ \(94\,^{\circ }\hbox {C}\) နှင့် \(83\,^{\circ }\ hbox {C}\) ဖြစ်သည်။ အခြေခံအားဖြင့် တီထွင်ထားသော မော်ဒယ်သည် ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်အကျိုးသက်ရောက်မှု၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို အတည်ပြုသည်။ ဤသုံးသပ်ချက်တွင် မောပန်းနွမ်းနယ်မှုနှင့် အပူလွန်ကဲမှုတို့၏ အခန်းကဏ္ဍကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခြင်း မရှိပါ။ အနာဂတ်တွင်၊ မော်ဒယ်ကို SMA ဝါယာကြိုး၏ ဖိစီးမှုမှတ်တမ်းကို ထည့်သွင်းရန် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင် ပြုလုပ်သွားမည်ဖြစ်ပြီး အင်ဂျင်နီယာအသုံးချမှုများအတွက် ပိုမိုသင့်လျော်စေမည်ဖြစ်သည်။ Simulink block မှရရှိသော drive output force နှင့် SMA အပူချိန်ကွက်များသည် 7 V ၏ input voltage pulse အောက်တွင် စမ်းသပ်မှုဒေတာ၏ ခွင့်ပြုနိုင်သော ခံနိုင်ရည်များအတွင်းတွင် ရှိသည်။ ၎င်းသည် ဖွံ့ဖြိုးပြီး သင်္ချာမော်ဒယ်၏ မှန်ကန်မှုနှင့် ယုံကြည်စိတ်ချရမှုကို အတည်ပြုသည်။
သင်္ချာပုံစံကို Methods အပိုင်းတွင်ဖော်ပြထားသော အခြေခံညီမျှခြင်းများကို အသုံးပြု၍ MathWorks Simulink R2020b ပတ်ဝန်းကျင်တွင် တီထွင်ခဲ့သည်။ ပုံ ၃ခ တွင် Simulink သင်္ချာပုံစံ၏ block diagram ကိုပြသထားသည်။ ပုံ ၂က၊ ခ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း 7V input voltage pulse အတွက် ပုံစံတူပြုလုပ်ထားသည်။ ပုံစံတူပြုလုပ်ရာတွင် အသုံးပြုသော parameters များ၏တန်ဖိုးများကို ဇယား ၁ တွင်ဖော်ပြထားသည်။ transient processes များ၏ ပုံစံတူပြုလုပ်ခြင်း၏ရလဒ်များကို ပုံ ၁ နှင့် ၁ တွင်ဖော်ပြထားသည်။ ပုံ ၃က နှင့် ၄။ ပုံ ၄က၊ ခ တွင် SMA ဝါယာကြိုးရှိ induced voltage နှင့် actuator မှ အချိန်၏ function အဖြစ်ထုတ်ပေးသောအားကို ပြသထားသည်။ ပြောင်းပြန်အသွင်ပြောင်းခြင်း (အပူပေးခြင်း) အတွင်း၊ SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန်၊ \(T < A_s^{\prime}\) (stress-modified austenite phase start temperature)၊ martensite volume fraction (\(\dot{\xi}\)) ၏ ပြောင်းလဲနှုန်းသည် သုညဖြစ်လိမ့်မည်။ ပြောင်းပြန်အသွင်ပြောင်းခြင်း (အပူပေးခြင်း) အတွင်း၊ SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန်၊ \(T < A_s^{\prime}\) (stress-modified austenite phase start temperature)၊ martensite volume fraction (\(\dot{\ xi}\)) ၏ ပြောင်းလဲနှုန်းသည် သုညဖြစ်လိမ့်မည်။ Во время обратного превращения (нагрева), когда температура проволоки SMA, \(T< A_s^{\prime}\) (температлура на модифицированная напряжением), скорость изменения объемной доли мартенсита (\(\dot{ xi }\)) будет равюно ပြောင်းပြန်အသွင်ပြောင်းခြင်း (အပူပေးခြင်း) အတွင်း၊ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်၊ \(T < A_s^{\prime}\) (stress-modified austenite onset temperature)၊ martensite volume fraction (\(\dot{\ xi}\)) ၏ ပြောင်းလဲမှုနှုန်းသည် သုညဖြစ်လိမ့်မည်။在反向转变（加热）过程中，当SMA线温度\(T< A_s^{\prime}\)(应力修正奥氏体相起始温度)时，马氏体体积分数的变化率（\(\dot{ xi度 }\)在反向转变（加热）中，当当当线温度\(ပုဇွန်တောင်မြို့နယ်၊
(က) SMA-based divalerate actuator တွင် အပူချိန်ဖြန့်ဖြူးမှုနှင့် ဖိစီးမှုကြောင့်ဖြစ်ပေါ်လာသော junction အပူချိန်ကိုပြသသည့် simulation ရလဒ်။ အပူပေးသည့်အဆင့်တွင် ဝါယာကြိုးအပူချိန်သည် austenite transition အပူချိန်ကို ဖြတ်ကျော်သွားသောအခါ၊ ပြုပြင်ထားသော austenite transition အပူချိန်သည် မြင့်တက်လာပြီး၊ အလားတူပင်၊ ဝါယာကြိုးချောင်းအပူချိန်သည် အအေးခံသည့်အဆင့်တွင် martensitic transition အပူချိန်ကို ဖြတ်ကျော်သွားသောအခါ martensitic transition အပူချိန် လျော့ကျသွားသည်။ actuation လုပ်ငန်းစဉ်၏ analytical modeling အတွက် SMA။ (Simulink model ၏ subsystem တစ်ခုချင်းစီ၏ အသေးစိတ်ကြည့်ရှုရန်အတွက်၊ ဖြည့်စွက်ဖိုင်၏ appendix အပိုင်းကိုကြည့်ပါ။)
မတူညီသော parameter distribution များအတွက် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုရလဒ်များကို 7V input voltage (10 စက္ကန့် warm up cycles နှင့် 15 စက္ကန့် cool down cycles) ၏ နှစ်ကြိမ်အတွက် ပြသထားသည်။ (ac) နှင့် (e) တို့သည် အချိန်နှင့်အမျှ ဖြန့်ဖြူးမှုကို သရုပ်ဖော်သော်လည်း၊ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ (d) နှင့် (f) တို့သည် အပူချိန်နှင့်အတူ ဖြန့်ဖြူးမှုကို သရုပ်ဖော်သည်။ သက်ဆိုင်ရာ input အခြေအနေများအတွက်၊ အများဆုံး တွေ့ရှိရသည့် stress မှာ 106 MPa (345 MPa ထက်နည်း၊ wire yield strength)၊ အားမှာ 150 N ဖြစ်ပြီး၊ အများဆုံး displacement မှာ 270 µm ဖြစ်ပြီး၊ အနည်းဆုံး martensitic volume fraction မှာ 0.91 ဖြစ်သည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ stress ပြောင်းလဲမှုနှင့် အပူချိန်နှင့်အတူ martensite ၏ volume fraction ပြောင်းလဲမှုသည် hysteresis လက္ခဏာများနှင့် ဆင်တူသည်။
austenite အဆင့်မှ martensite အဆင့်သို့ တိုက်ရိုက်ပြောင်းလဲမှု (အအေးပေးခြင်း) အတွက်လည်း အလားတူရှင်းလင်းချက်သည် သက်ဆိုင်ပြီး၊ SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန် (T) နှင့် stress-modified martensite အဆင့် (\(M_f^{\prime}\ )) ၏ အဆုံးအပူချိန်သည် အလွန်ကောင်းမွန်ပါသည်။ ပုံ ၄ဃ၊ f တွင် driving cycle နှစ်ခုလုံးအတွက် SMA ဝါယာကြိုး (T) ၏ အပူချိန်ပြောင်းလဲမှု၏ function အဖြစ် induced stress (\(\sigma\)) နှင့် martensite ၏ volume fraction (\(\xi\)) ပြောင်းလဲမှုအား ပြသထားသည်။ ပုံ ၃က တွင် input voltage pulse ပေါ် မူတည်၍ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုကို ပြသထားသည်။ ပုံမှမြင်တွေ့ရသည့်အတိုင်း၊ ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်သည် သုညဗို့အားတွင် အပူအရင်းအမြစ်ကို ပံ့ပိုးပေးခြင်းနှင့် နောက်ဆက်တွဲ convective cooling ဖြင့် ဆက်လက်မြင့်တက်နေပါသည်။ အပူပေးနေစဉ်အတွင်း၊ SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန် (T) သည် stress-corrected austenite nucleation အပူချိန် (\(A_s^{\prime}\)) ကို ဖြတ်ကျော်သောအခါ martensite ကို austenite အဆင့်သို့ ပြန်လည်ပြောင်းလဲခြင်း စတင်သည်။ ဤအဆင့်တွင်၊ SMA ဝါယာကြိုးကို ဖိသိပ်ပြီး actuator သည် အားကို ထုတ်ပေးသည်။ အအေးခံနေစဉ်အတွင်း၊ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန် (T) သည် stress-modified martensite အဆင့် (\(M_s^{\prime}\)) ၏ nucleation အပူချိန်ကို ဖြတ်ကျော်သောအခါ austenite အဆင့်မှ martensite အဆင့်သို့ အပြုသဘောဆောင်သော အကူးအပြောင်းတစ်ခု ရှိသည်။ drive force လျော့ကျသည်။
SMA ပေါ်အခြေခံတဲ့ bimodal drive ရဲ့ အဓိက အရည်အသွေးဆိုင်ရာ ရှုထောင့်တွေကို simulation ရလဒ်တွေကနေ ရရှိနိုင်ပါတယ်။ voltage pulse input မှာ SMA wire ရဲ့ အပူချိန်ဟာ Joule heating effect ကြောင့် မြင့်တက်လာပါတယ်။ martensite volume fraction (\(\xi\)) ရဲ့ initial value ကို 1 လို့ သတ်မှတ်ထားပါတယ်၊ အကြောင်းကတော့ ပစ္စည်းဟာ အစပိုင်းမှာ fully martensitic phase မှာ ရှိနေလို့ပါ။ wire ဆက်လက်အပူပေးလာတာနဲ့အမျှ SMA wire ရဲ့ အပူချိန်ဟာ stress-corrected austenite nucleation temperature \(A_s^{\prime}\) ကို ကျော်လွန်သွားပြီး Figure 4c မှာ ပြထားတဲ့အတိုင်း martensite volume fraction လျော့ကျသွားပါတယ်။ ထို့အပြင်၊ fig. 4e မှာ actuator ရဲ့ stroke တွေရဲ့ distribution ကို အချိန်နဲ့အမျှ ပြသထားပြီး Fig. 5 မှာ အချိန်ရဲ့ function အနေနဲ့ driving force ကို ပြသထားပါတယ်။ ဆက်စပ် equation စနစ်တစ်ခုမှာ အပူချိန်၊ martensite volume fraction နဲ့ wire မှာ ဖြစ်ပေါ်လာတဲ့ stress တွေ ပါဝင်ပြီး SMA wire ကို shrink ဖြစ်စေပြီး actuator က ထုတ်ပေးတဲ့ force ကို ဖြစ်ပေါ်စေပါတယ်။ Fig. 4e မှာ ပြထားတဲ့အတိုင်း 4d,f၊ အပူချိန်နှင့်အတူ ဗို့အားပြောင်းလဲမှုနှင့် အပူချိန်နှင့်အတူ martensite volume fraction ပြောင်းလဲမှုသည် 7 V တွင် simulated case ရှိ SMA ၏ hysteresis ဝိသေသလက္ခဏာများနှင့် ကိုက်ညီပါသည်။
မောင်းနှင်မှုကန့်သတ်ချက်များကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်းအား စမ်းသပ်မှုများနှင့် ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာတွက်ချက်မှုများမှတစ်ဆင့် ရရှိခဲ့ပါသည်။ ဝါယာကြိုးများကို 7 V ၏ pulsed input voltage ကို ၁၀ စက္ကန့်ကြာ ပေးပြီးနောက် နှစ်ကြိမ်ကြာ ၁၅ စက္ကန့် (အအေးခံအဆင့်) အအေးခံခဲ့ပါသည်။ pinnate angle ကို \(40^{\circ}\) ဟု သတ်မှတ်ထားပြီး pin ခြေထောက်တစ်ခုစီရှိ SMA ဝါယာကြိုး၏ ကနဦးအရှည်ကို 83mm ဟု သတ်မှတ်ထားပါသည်။ (က) load cell ဖြင့် မောင်းနှင်အားကို တိုင်းတာခြင်း (ခ) thermal infrared camera ဖြင့် ဝါယာကြိုးအပူချိန်ကို စောင့်ကြည့်ခြင်း။
drive မှထုတ်လုပ်သောအားအပေါ် ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ parameters များ၏လွှမ်းမိုးမှုကိုနားလည်ရန်အတွက်၊ ရွေးချယ်ထားသော ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ parameters များအပေါ် သင်္ချာပုံစံ၏ sensitivity ကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုပြုလုပ်ခဲ့ပြီး parameters များကို ၎င်းတို့၏လွှမ်းမိုးမှုအလိုက် အဆင့်သတ်မှတ်ခဲ့သည်။ ပထမဦးစွာ၊ မော်ဒယ် parameters များကို နမူနာယူခြင်းကို uniform distribution ကိုလိုက်နာသော စမ်းသပ်မှုဒီဇိုင်းမူများကို အသုံးပြု၍ ပြုလုပ်ခဲ့သည် (Sensitivity Analysis ဆိုင်ရာ Supplementary Section ကိုကြည့်ပါ)။ ဤကိစ္စတွင်၊ မော်ဒယ် parameters များတွင် input voltage (\(V_{in}\)၊ initial SMA wire length (\(l_0\))၊ triangle angle (\(alpha\))၊ bias spring constant (\(K_x\ ))၊ convective heat transfer coefficient (\(h_T\)) နှင့် unimodal branches အရေအတွက် (n) တို့ပါဝင်သည်။ နောက်တစ်ဆင့်တွင်၊ peak muscle strength ကို လေ့လာမှုဒီဇိုင်းလိုအပ်ချက်အဖြစ် ရွေးချယ်ခဲ့ပြီး variables set တစ်ခုစီ၏ strength အပေါ် parametric effects များကို ရရှိခဲ့သည်။ sensitivity analysis အတွက် tornado plot များကို ပုံ ၆က တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း parameter တစ်ခုစီအတွက် correlation coefficients များမှ ရယူခဲ့သည်။
(က) မော်ဒယ်ကန့်သတ်ချက်များ၏ ဆက်စပ်မှုကိန်းဂဏန်းတန်ဖိုးများနှင့် အထက်ဖော်ပြပါ မော်ဒယ်ကန့်သတ်ချက်များ၏ ထူးခြားသောအုပ်စု ၂၅၀၀ ၏ အများဆုံးထွက်ရှိမှုအားအပေါ် ၎င်းတို့၏အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေဆင်နှာမောင်းကွက်တွင် ပြသထားသည်။ ဂရပ်သည် အညွှန်းကိန်းများစွာ၏ အဆင့်ဆက်စပ်မှုကို ပြသထားသည်။ \(V_{in}\) သည် အပြုသဘောဆက်စပ်မှုရှိသော တစ်ခုတည်းသော ကန့်သတ်ချက်ဖြစ်ပြီး \(l_0\) သည် အမြင့်ဆုံး အနုတ်လက္ခဏာဆက်စပ်မှုရှိသော ကန့်သတ်ချက်ဖြစ်ကြောင်း ထင်ရှားသည်။ အမြင့်ဆုံးကြွက်သားခွန်အားအပေါ် ပေါင်းစပ်မှုအမျိုးမျိုးတွင် ကန့်သတ်ချက်အမျိုးမျိုး၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို (ခ၊ ဂ) တွင် ပြသထားသည်။ \(K_x\) သည် ၄၀၀ မှ ၈၀၀ N/m အထိရှိပြီး n သည် ၄ မှ ၂၄ အထိရှိသည်။ ဗို့အား (\(V_{in}\)) သည် ၄V မှ ၁၀V သို့ ပြောင်းလဲသွားပြီး၊ ဝါယာကြိုးအရှည် (\(l_{0 } \)) သည် ၄၀ မှ ၁၀၀ မီလီမီတာအထိ ပြောင်းလဲသွားပြီး၊ အမြီးထောင့် (\ (\alpha \)) သည် \ (၂၀ – ၆၀ \, ^ {\circ}\) မှ ပြောင်းလဲသွားသည်။
ပုံ ၆က တွင် peak drive force ဒီဇိုင်းလိုအပ်ချက်များပါ၀င်သည့် parameter တစ်ခုချင်းစီအတွက် မတူညီသော correlation coefficient များ၏ tornado plot ကိုပြသထားသည်။ ပုံ ၆က မှ voltage parameter (\(V_{in}\)) သည် အမြင့်ဆုံး output force နှင့် တိုက်ရိုက်ဆက်စပ်နေပြီး convective heat transfer coefficient (\(h_T\))၊ flame angle (\ ( \alpha\))၊ displacement spring constant ( \(K_x\)) သည် output force နှင့် SMA wire ၏ initial length (\(l_0\)) နှင့် အနုတ်လက္ခဏာဆက်စပ်နေပြီး unimodal branch အရေအတွက် (n) သည် ခိုင်မာသော inverse correlation ကိုပြသသည်။ direct correlation တွင် voltage correlation coefficient (\(V_ {in}\)) တန်ဖိုးမြင့်မားပါက ဤ parameter သည် power output အပေါ် အကြီးမားဆုံးအကျိုးသက်ရောက်မှုရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည်။ နောက်ထပ်ဆင်တူသော analysis တစ်ခုမှာ ပုံ ၆ခ၊ ဂ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း computational space နှစ်ခု၏ မတူညီသောပေါင်းစပ်မှုများတွင် မတူညီသော parameter များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို အကဲဖြတ်ခြင်းဖြင့် peak force ကိုတိုင်းတာသည်။ \(V_{in}\) နှင့် \(l_0\)၊ \(\alpha\) နှင့် \(l_0\) တို့တွင် အလားတူပုံစံများရှိပြီး ဂရပ်တွင် \(V_{in}\) နှင့် \(\alpha\) တို့တွင် အလားတူပုံစံများရှိကြောင်း ပြသထားသည်။ \(l_0\) ၏ သေးငယ်သောတန်ဖိုးများသည် မြင့်မားသော ထိပ်အားများကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ အခြားကွက်နှစ်ခုသည် ပုံ ၆က နှင့် ကိုက်ညီပြီး n နှင့် \(K_x\) တို့သည် အနုတ်လက္ခဏာဆောင်သော ဆက်နွယ်မှုရှိပြီး \(V_{in}\) တို့သည် အပေါင်းလက္ခဏာဆောင်သော ဆက်နွယ်မှုရှိသည်။ ဤခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုသည် မောင်းနှင်စနစ်၏ အထွက်အား၊ လေဖြတ်ခြင်းနှင့် စွမ်းဆောင်ရည်တို့ကို လိုအပ်ချက်များနှင့် အသုံးချမှုအလိုက် လိုက်လျောညီထွေဖြစ်အောင် ပြုလုပ်နိုင်သည့် လွှမ်းမိုးမှုဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များကို သတ်မှတ်ပြီး ချိန်ညှိရန် ကူညီပေးသည်။
လက်ရှိသုတေသနလုပ်ငန်းသည် N အဆင့်များဖြင့် အဆင့်ဆင့်မောင်းနှင်မှုများကို မိတ်ဆက်ပေးပြီး စုံစမ်းစစ်ဆေးသည်။ ပုံ ၇က တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း အဆင့်နှစ်ဆင့်အဆင့်ဆင့်တွင်၊ ပထမအဆင့် actuator ၏ SMA ဝါယာကြိုးတစ်ခုစီအစား ပုံ ၉င တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း bimodal အစီအစဉ်တစ်ခုကို ရရှိသည်။ ပုံ ၇ဂ တွင် SMA ဝါယာကြိုးကို အလျားလိုက်ဦးတည်ချက်တွင်သာ ရွေ့လျားသော ရွေ့လျားနိုင်သော လက် (အရန်လက်) ပတ်လည်တွင် မည်သို့ရစ်ပတ်ထားသည်ကို ပြသထားသည်။ သို့သော်၊ မူလရွေ့လျားနိုင်သော လက်သည် ပထမအဆင့် multi-stage actuator ၏ ရွေ့လျားနိုင်သော လက်ကဲ့သို့ပင် ဆက်လက်ရွေ့လျားနေသည်။ ပုံမှန်အားဖြင့်၊ \(N-1\) အဆင့် SMA ဝါယာကြိုးကို ပထမအဆင့် drive ဖြင့် အစားထိုးခြင်းဖြင့် N-stage drive ကို ဖန်တီးသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့်၊ ဝါယာကြိုးကိုယ်တိုင်ကို ကိုင်ဆောင်ထားသော branch မှလွဲ၍ branch တစ်ခုစီသည် ပထမအဆင့် drive ကို တုပသည်။ ဤနည်းအားဖြင့်၊ primary drive များ၏ ခွန်အားများထက် အဆပေါင်းများစွာ ပိုမိုကြီးမားသော အားများကို ဖန်တီးပေးသည့် nested structures များကို ဖွဲ့စည်းနိုင်သည်။ ဤလေ့လာမှုတွင်၊ အဆင့်တစ်ခုစီအတွက်၊ ပုံ ၇ဃ ရှိ ဇယားပုံစံဖြင့်ပြထားသည့်အတိုင်း 1 မီတာ၏ စုစုပေါင်းထိရောက်သော SMA ဝါယာကြိုးအရှည်ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားခဲ့သည်။ unimodal ဒီဇိုင်းတစ်ခုစီတွင် ဝါယာကြိုးတစ်ခုစီမှတစ်ဆင့် လျှပ်စီးကြောင်းနှင့် SMA ဝါယာကြိုးအပိုင်းတစ်ခုစီတွင် ရရှိလာသော prestress နှင့် voltage တို့သည် အဆင့်တစ်ခုစီတွင် အတူတူပင်ဖြစ်သည်။ ကျွန်ုပ်တို့၏ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုပုံစံအရ၊ output force သည် အဆင့်နှင့် အပြုသဘောဆက်စပ်နေပြီး၊ displacement သည် အနုတ်လက္ခဏာဆက်စပ်နေသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ displacement နှင့် muscle strength အကြား အပေးအယူတစ်ခုရှိခဲ့သည်။ ပုံ ၇ခ တွင်တွေ့ရသည့်အတိုင်း၊ အမြင့်ဆုံးအားကို အလွှာအများဆုံးတွင် ရရှိသော်လည်း၊ အကြီးဆုံး displacement ကို အနိမ့်ဆုံးအလွှာတွင် တွေ့ရှိရသည်။ hierarchy level ကို \(N=5\) သို့သတ်မှတ်သောအခါ၊ 2.58 kN ၏ peak muscle force ကို လေ့လာတွေ့ရှိသော stroke ၂ ခု \(\upmu\)m ဖြင့် တွေ့ရှိခဲ့သည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ပထမအဆင့် drive သည် 277 \(\upmu\)m stroke တွင် 150 N အားကိုထုတ်ပေးသည်။ Multi-level actuators များသည် အစစ်အမှန်ဇီဝဗေဒဆိုင်ရာကြွက်သားများကိုတုပနိုင်ပြီး၊ shape memory alloys များအပေါ်အခြေခံသော အတုကြွက်သားများသည် တိကျပြီး အသေးစိတ်လှုပ်ရှားမှုများဖြင့် သိသိသာသာမြင့်မားသောအားများကိုထုတ်ပေးနိုင်သည်။ ဤအသေးစားဒီဇိုင်း၏ ကန့်သတ်ချက်များမှာ အဆင့်ဆင့်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ ရွေ့လျားမှုမှာ သိသိသာသာ လျော့နည်းသွားပြီး ဒရိုက်ထုတ်လုပ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်၏ ရှုပ်ထွေးမှုလည်း တိုးလာပါသည်။
(က) အဆင့်နှစ်ဆင့် (\(N=2\)) layered shape memory alloy linear actuator စနစ်ကို bimodal configuration ဖြင့် ပြသထားသည်။ အဆိုပြုထားသော မော်ဒယ်ကို ပထမအဆင့် layered actuator ရှိ SMA ဝါယာကြိုးကို အခြား single stage layered actuator ဖြင့် အစားထိုးခြင်းဖြင့် ရရှိသည်။ (ဂ) ဒုတိယအဆင့် multilayer actuator ၏ deformed configuration။ (ခ) level အရေအတွက်ပေါ် မူတည်၍ အားများနှင့် displacements ဖြန့်ဖြူးမှုကို ဖော်ပြထားသည်။ actuator ၏ peak force သည် graph ရှိ scale level နှင့် အပြုသဘောဆောင်သော ဆက်စပ်မှုရှိပြီး stroke သည် scale level နှင့် အနုတ်လက္ခဏာဆောင်သော ဆက်စပ်မှုရှိကြောင်း တွေ့ရှိရသည်။ ဝါယာကြိုးတစ်ခုစီရှိ current နှင့် pre-voltage သည် အဆင့်အားလုံးတွင် မပြောင်းလဲပါ။ (ဃ) ဇယားတွင် taps အရေအတွက်နှင့် အဆင့်တစ်ခုစီရှိ SMA ဝါယာကြိုး (fiber) ၏ အရှည်ကို ပြသထားသည်။ ဝါယာကြိုးများ၏ ဝိသေသလက္ခဏာများကို အညွှန်း ၁ ဖြင့် ဖော်ပြထားပြီး ဒုတိယ branch အရေအတွက် (primary leg နှင့် ချိတ်ဆက်ထားသော တစ်ခု) ကို subscript တွင် အများဆုံးနံပါတ်ဖြင့် ဖော်ပြထားသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ level 5 တွင်၊ \(n_1\) သည် bimodal structure တစ်ခုစီတွင်ရှိသော SMA ဝါယာကြိုးအရေအတွက်ကို ရည်ညွှန်းပြီး \(n_5\) သည် auxiliary legs (main leg နှင့် ချိတ်ဆက်ထားသော တစ်ခု) အရေအတွက်ကို ရည်ညွှန်းသည်။
သုတေသီများစွာက SMA များ၏ အပြုအမူကို ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်ဖြင့် ပုံစံထုတ်ရန် နည်းလမ်းအမျိုးမျိုးကို အဆိုပြုခဲ့ကြပြီး၊ ၎င်းတို့သည် phase transition နှင့်ဆက်စပ်နေသော crystal structure တွင် macroscopic ပြောင်းလဲမှုများနှင့်အတူ ပါလာသော thermomechanical ဂုဏ်သတ္တိများပေါ်တွင် မူတည်ပါသည်။ constitutive နည်းလမ်းများ ဖော်မြူလာသည် မူလကပင် ရှုပ်ထွေးပါသည်။ အသုံးအများဆုံး phenomenological မော်ဒယ်ကို Tanaka28 မှ အဆိုပြုထားပြီး အင်ဂျင်နီယာအသုံးချမှုများတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုကြသည်။ Tanaka [28] မှ အဆိုပြုထားသော phenomenological မော်ဒယ်တွင် martensite ၏ volume fraction သည် အပူချိန်နှင့် ဖိစီးမှု၏ exponential function ဖြစ်သည်ဟု ယူဆသည်။ နောက်ပိုင်းတွင်၊ Liang နှင့် Rogers29 နှင့် Brinson30 တို့သည် phase transition dynamics ကို voltage နှင့် အပူချိန်၏ cosine function တစ်ခုအဖြစ် ယူဆပြီး ပုံစံကို အနည်းငယ်ပြုပြင်ထားသည့် မော်ဒယ်တစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့ကြသည်။ Becker နှင့် Brinson တို့သည် arbitrary loading conditions များအောက်တွင် SMA ပစ္စည်းများ၏ အပြုအမူကို ပုံစံထုတ်ရန် phase diagram-based kinetic မော်ဒယ်တစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့ပြီး partial transitions များအောက်တွင်လည်း ပုံစံထုတ်ခဲ့သည်။ Banerjee32 သည် Elahinia နှင့် Ahmadian33 မှ တီထွင်ထားသော single degree of freedom manipulator ကို simulate လုပ်ရန် Bekker နှင့် Brinson31 phase diagram dynamics နည်းလမ်းကို အသုံးပြုသည်။ ဗို့အားနှင့် အပူချိန်တွင် nonmonotonic ပြောင်းလဲမှုကိုပါ ထည့်သွင်းစဉ်းစားသည့် phase diagram များအပေါ်အခြေခံသည့် Kinetic နည်းလမ်းများသည် အင်ဂျင်နီယာအသုံးချမှုများတွင် အကောင်အထည်ဖော်ရန် ခက်ခဲပါသည်။ Elakhinia နှင့် Ahmadian တို့သည် ရှိပြီးသား ဖြစ်စဉ်ဆိုင်ရာ မော်ဒယ်များ၏ ဤချို့ယွင်းချက်များကို အာရုံစိုက်ပြီး ရှုပ်ထွေးသော loading conditions များအောက်တွင် ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်အပြုအမူကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာပြီး သတ်မှတ်ရန် တိုးချဲ့ထားသော ဖြစ်စဉ်ဆိုင်ရာ မော်ဒယ်တစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့ကြသည်။
SMA ဝါယာကြိုး၏ဖွဲ့စည်းပုံပုံစံသည် SMA ဝါယာကြိုး၏ဖိစီးမှု (\(\sigma\)), ဆန့်နိုင်အား (\(\epsilon\)), အပူချိန် (T) နှင့် martensite ပမာဏအပိုင်းအစ (\(\xi\)) ကိုပေးသည်။ ဖြစ်စဉ်ဆိုင်ရာဖွဲ့စည်းမှုပုံစံကို Tanaka28 မှ ပထမဆုံးအဆိုပြုခဲ့ပြီး နောက်ပိုင်းတွင် Liang29 နှင့် Brinson30 မှ လက်ခံကျင့်သုံးခဲ့သည်။ ညီမျှခြင်း၏ derivative သည် အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်-
ဤတွင် E သည် Young's modulus ကိုကိုယ်စားပြုသော \(displaystyle E=\xi E_M + (1-\xi )E_A\) နှင့် \(E_A\) နှင့် \(E_M\) ကို အသုံးပြု၍ ရရှိသော phase dependent SMA Young's modulus ဖြစ်ပြီး Young's modulus များသည် austenitic နှင့် martensitic phases များဖြစ်ပြီး thermal expansion coefficient ကို \(\theta _T\) ဖြင့် ကိုယ်စားပြုသည်။ phase transition contribution factor မှာ \(\Omega = -E \epsilon _L\) ဖြစ်ပြီး \(\epsilon _L\) သည် SMA wire တွင် အများဆုံး ပြန်လည်ရရှိနိုင်သော strain ဖြစ်သည်။
အဆင့်ဒိုင်းနမစ်ညီမျှခြင်းသည် Liang29 မှတီထွင်ခဲ့ပြီး နောက်ပိုင်းတွင် Tanaka28 မှအဆိုပြုထားသော exponential function အစား Brinson30 မှလက်ခံကျင့်သုံးခဲ့သော cosine function နှင့်တိုက်ဆိုင်သည်။ phase transition model သည် Elakhinia နှင့် Ahmadian34 မှအဆိုပြုထားပြီး Liang29 နှင့် Brinson30 မှပေးထားသော phase transition condition များအပေါ်အခြေခံ၍ပြုပြင်ထားသော model ၏ extension တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤ phase transition model အတွက်အသုံးပြုသော constitutive loads များအောက်တွင်မှန်ကန်သည်။ အချိန်တိုင်းတွင် martensite ၏ volume fraction ၏တန်ဖိုးကို constitutive equation ကို model လုပ်သောအခါတွက်ချက်သည်။
အပူပေးအခြေအနေအောက်တွင် martensite မှ austenite သို့ပြောင်းလဲခြင်းဖြင့်ဖော်ပြသော ပြန်လည်ပြောင်းလဲခြင်းညီမျှခြင်းသည် အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
\(\xi\) သည် martensite ၏ ထုထည်အပိုင်းအစဖြစ်ပြီး၊ \(\xi _M\) သည် အပူပေးခြင်းမပြုမီ ရရှိသော martensite ၏ ထုထည်အပိုင်းအစဖြစ်ပြီး၊ \(\displaystyle a_A = \pi /(A_f – A_s)\), \ ( \displaystyle b_A = -a_A/C_A\) နှင့် \(C_A\) – curve approximation parameters များ၊ T – SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန်၊ \(A_s\) နှင့် \(A_f\) – austenite phase ၏ အစနှင့်အဆုံး အသီးသီး အပူချိန်ဖြစ်သည်။
အအေးခံအခြေအနေအောက်တွင် austenite မှ martensite သို့ phase transformation ဖြင့်ကိုယ်စားပြုသော direct transformation control equation မှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်-
ဤတွင် \(\xi _A\) သည် အအေးခံခြင်းမပြုမီ ရရှိသော martensite ၏ ထုထည်အပိုင်းအစဖြစ်ပြီး၊ \(\displaystyle a_M = \pi /(M_s – M_f)\), \(\displaystyle b_M = -a_M/C_M\) နှင့် \ (C_M \) – curve fitting parameters များ၊ T – SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန်၊ \(M_s\) နှင့် \(M_f\) – ကနဦးနှင့် နောက်ဆုံး martensite အပူချိန်များ အသီးသီးဖြစ်သည်။
ညီမျှခြင်း (3) နှင့် (4) ကို ခွဲခြားပြီးနောက်၊ ပြောင်းပြန်နှင့် တိုက်ရိုက်ပြောင်းလဲမှုညီမျှခြင်းများကို အောက်ပါပုံစံသို့ ရိုးရှင်းအောင်ပြုလုပ်သည်-
ရှေ့သို့နှင့် နောက်သို့ အသွင်ပြောင်းစဉ်တွင် \(\eta _{\sigma}\) နှင့် \(\eta _{T}\) တို့သည် မတူညီသော တန်ဖိုးများကို ယူပါသည်။ \(\eta _{\sigma}\) နှင့် \(\eta _{T}\) နှင့် ဆက်စပ်နေသော အခြေခံညီမျှခြင်းများကို နောက်ထပ်အပိုင်းတွင် ထုတ်ယူပြီး အသေးစိတ်ဆွေးနွေးထားပါသည်။
SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်ကို မြှင့်တင်ရန် လိုအပ်သော အပူစွမ်းအင်သည် Joule အပူပေးအကျိုးသက်ရောက်မှုမှ လာသည်။ SMA ဝါယာကြိုးမှ စုပ်ယူသော သို့မဟုတ် ထုတ်လွှတ်သော အပူစွမ်းအင်ကို latent heat of transformation ဖြင့် ကိုယ်စားပြုသည်။ SMA ဝါယာကြိုးရှိ အပူဆုံးရှုံးမှုသည် forced convection ကြောင့်ဖြစ်ပြီး၊ ရောင်ခြည်၏ မပြောပလောက်သော အကျိုးသက်ရောက်မှုကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားလျှင် အပူစွမ်းအင်ချိန်ခွင်လျှာညီမျှခြင်းသည် အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
\(m_{wire}\) သည် SMA ဝါယာကြိုး၏ စုစုပေါင်းအလေးချိန်ဖြစ်ပြီး၊ \(c_{p}\) သည် SMA ၏ သီးခြားအပူစွမ်းရည်ဖြစ်ပြီး၊ \(V_{in}\) သည် ဝါယာကြိုးသို့ ပေးသော ဗို့အားဖြစ်ပြီး၊ \(R_{ohm} \ ) – အဆင့်ပေါ်မူတည်သော ခုခံမှု SMA အဖြစ် အဓိပ္ပာယ်ဖွင့်ဆိုထားသည်။ \(R_{ohm} = (l/A_{cross})[\xi r_M + (1-\xi )r_A]\ ) တွင် \(r_M\ ) နှင့် \(r_A\) တို့သည် martensite နှင့် austenite တွင် SMA အဆင့်ခုခံမှု အသီးသီးဖြစ်ပြီး၊ \(A_{c}\) သည် SMA ဝါယာကြိုး၏ မျက်နှာပြင်ဧရိယာဖြစ်ပြီး၊ \(\Delta H \) သည် ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်သတ္တုစပ်ဖြစ်သည်။ ဝါယာကြိုး၏ latent heat of transition၊ T နှင့် \(T_{\infty}\) တို့သည် SMA ဝါယာကြိုးနှင့် ပတ်ဝန်းကျင်၏ အပူချိန်များ အသီးသီးဖြစ်သည်။
ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်သတ္တုစပ်ဝါယာကြိုးကို အသက်ဝင်စေသောအခါ၊ ဝါယာကြိုးသည် ဖိသိပ်ပြီး bimodal ဒီဇိုင်း၏ အကိုင်းအခက်တစ်ခုစီတွင် fiber force ဟုခေါ်သော အားကို ဖန်တီးပေးသည်။ SMA ဝါယာကြိုး၏ အမျှင်တစ်ခုစီရှိ fiber များ၏ အားများသည် ပုံ ၉e တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း အသက်ဝင်စေရန် muscle force ကို ဖန်တီးပေးသည်။ biasing spring ရှိနေခြင်းကြောင့် Nth multilayer actuator ၏ စုစုပေါင်း muscle force မှာ-
ညီမျှခြင်း (7) ထဲသို့ \(N = 1\) အစားထည့်လျှင်၊ ပထမအဆင့် bimodal drive prototype ၏ muscle strength ကို အောက်ပါအတိုင်း ရရှိနိုင်သည်။
n သည် unimodal ခြေထောက်အရေအတွက်ဖြစ်ပြီး၊ \(F_m\) သည် drive မှထုတ်ပေးသော muscle force ဖြစ်ပြီး၊ \(F_f\) သည် SMA wire ရှိ fiber strength ဖြစ်ပြီး၊ \(K_x\) သည် bias stiffness. spring ဖြစ်ပြီး၊ \(\alpha\) သည် တြိဂံ၏ထောင့်ဖြစ်ပြီး၊ \(x_0\) သည် SMA cable ကို pre-tensioned position တွင်ထိန်းထားရန် bias spring ၏ initial offset ဖြစ်ပြီး၊ \(\Delta x\) သည် actuator travel ဖြစ်သည်။
Nth အဆင့်၏ SMA ဝါယာကြိုးပေါ်ရှိ ဗို့အား (\(\sigma\)) နှင့် ဆန့်နိုင်အား (\(\epsilon\)) ပေါ် မူတည်၍ ဒရိုက်၏ စုစုပေါင်း ရွေ့လျားမှု သို့မဟုတ် ရွေ့လျားမှု (\(\Delta x\)) သည် ဒရိုက်ကို (ပုံ- အထွက်၏ နောက်ထပ်အပိုင်းကို ကြည့်ပါ) သတ်မှတ်ထားသည်-
kinematic ညီမျှခြင်းများသည် drive deformation (\(\epsilon\)) နှင့် displacement သို့မဟုတ် displacement (\(\Delta x\)) အကြား ဆက်နွယ်မှုကို ပေးသည်။ unimodal branch တစ်ခုတွင် မည်သည့်အချိန်တွင်မဆို t ရှိ ကနဦး Arb wire အရှည် (\(l_0\)) နှင့် wire အရှည် (l) ၏ function အဖြစ် Arb wire ၏ deformation သည် အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
ပုံ ၈ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း \(l = \sqrt{l_0^2 +(\Delta x_1)^2 – 2 l_0 (\Delta x_1) \cos \alpha _1}\) ကို \(\Delta\)ABB 'ရှိ cosine ဖော်မြူလာကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ရရှိသည်။ ပထမအဆင့် မောင်းနှင်အား (\(N = 1\) အတွက်၊ \(\Delta x_1\) သည် \(\Delta x\) ဖြစ်ပြီး \(\alpha _1\) သည် \(\alpha \) ဖြစ်သည်။ ပုံ ၈ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ ညီမျှခြင်း (11) မှ အချိန်ကို ခွဲခြားပြီး l ၏ တန်ဖိုးကို အစားထိုးခြင်းဖြင့်၊ strain rate ကို အောက်ပါအတိုင်း ရေးသားနိုင်သည်-
\(l_0\) သည် SMA ဝါယာကြိုး၏ အစပိုင်းအရှည်ဖြစ်ပြီး၊ l သည် unimodal branch တစ်ခုတွင် မည်သည့်အချိန်တွင်မဆို t ရှိ ဝါယာကြိုး၏ အရှည်ဖြစ်ပြီး၊ \(\epsilon\) သည် SMA ဝါယာကြိုးတွင် ဖြစ်ပေါ်လာသော deformation ဖြစ်ပြီး၊ \(\alpha \) သည် တြိဂံ၏ထောင့်ဖြစ်ပြီး၊ \(\Delta x\) သည် drive offset (ပုံ ၈ တွင် ပြထားသည့်အတိုင်း) ဖြစ်သည်။
ဤပုံတွင် n single-peak structures အားလုံး (\(n=6\)) ကို \(V_{in}\) ကို input voltage အဖြစ် အသုံးပြု၍ series ဖြင့် ချိတ်ဆက်ထားသည်။ အဆင့် I: သုည voltage conditions အောက်တွင် bimodal configuration ရှိ SMA wire ၏ Schematic diagram အဆင့် II: အနီရောင်မျဉ်းဖြင့်ပြထားသည့်အတိုင်း inverse conversion ကြောင့် SMA wire ဖိသိပ်ခံရသည့်နေရာတွင် ထိန်းချုပ်ထားသော structure ကိုပြသထားသည်။
သဘောတရား၏ သက်သေအဖြစ်၊ စမ်းသပ်မှုရလဒ်များနှင့်အတူ အခြေခံညီမျှခြင်းများ၏ သရုပ်ဖော်ထားသော ဆင်းသက်လာမှုကို စမ်းသပ်ရန် SMA-based bimodal drive ကို တီထွင်ခဲ့သည်။ bimodal linear actuator ၏ CAD မော်ဒယ်ကို ပုံ ၉က တွင် ပြသထားသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ပုံ ၉ဂ တွင် bimodal structure ပါရှိသော two-plane SMA-based actuator ကို အသုံးပြု၍ rotational prismatic connection အတွက် အဆိုပြုထားသော ဒီဇိုင်းအသစ်ကို ပြသထားသည်။ drive အစိတ်အပိုင်းများကို Ultimaker 3 Extended 3D printer တွင် additive manufacturing ကို အသုံးပြု၍ ထုတ်လုပ်ခဲ့သည်။ အစိတ်အပိုင်းများ၏ 3D printing အတွက် အသုံးပြုသော ပစ္စည်းမှာ polycarbonate ဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် ခိုင်ခံ့ပြီး တာရှည်ခံကာ မြင့်မားသော ဖန်အကူးအပြောင်းအပူချိန် (110-113 \(^{\circ }\) C) ရှိသောကြောင့် အပူဒဏ်ခံနိုင်သော ပစ္စည်းများအတွက် သင့်လျော်သည်။ ထို့အပြင်၊ Dynalloy, Inc. Flexinol shape memory alloy wire ကို စမ်းသပ်မှုများတွင် အသုံးပြုခဲ့ပြီး Flexinol wire နှင့် ကိုက်ညီသော ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများကို simulation များတွင် အသုံးပြုခဲ့သည်။ ပုံ ၉ခ၊ ဃ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း multilayer actuators များမှထုတ်လုပ်သော မြင့်မားသောအားများကိုရရှိရန်အတွက် SMA ဝါယာကြိုးများစွာကို ကြွက်သားများ၏ bimodal အစီအစဉ်တွင်ရှိနေသော fibers များအဖြစ် စီစဉ်ထားသည်။
ပုံ ၉က တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ ရွေ့လျားနိုင်သောလက် SMA ဝါယာကြိုးမှဖွဲ့စည်းထားသော စူးရှသောထောင့်ကို ထောင့် (\(\alpha\) ဟုခေါ်သည်။ ဘယ်ဘက်နှင့်ညာဘက်ညှပ်များတွင် terminal clamps များတပ်ဆင်ထားခြင်းဖြင့် SMA ဝါယာကြိုးကို လိုချင်သော bimodal ထောင့်တွင် ထိန်းထားသည်။ spring connector တွင် ထိန်းထားသော bias spring device ကို SMA fibers အရေအတွက် (n) အရ မတူညီသော bias spring extension group များကို ချိန်ညှိရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။ ထို့အပြင်၊ ရွေ့လျားနေသော အစိတ်အပိုင်းများ၏တည်နေရာကို SMA ဝါယာကြိုးသည် ပြင်ပပတ်ဝန်းကျင်နှင့်ထိတွေ့စေရန်အတွက် အတင်းအကျပ် convection အအေးပေးစနစ်ဖြင့် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။ ဖြုတ်တပ်နိုင်သော assembly ၏ အပေါ်နှင့်အောက်ပြားများသည် အလေးချိန်လျှော့ချရန် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော extruded cutouts များဖြင့် SMA ဝါယာကြိုးကို အေးမြစေရန် ကူညီပေးသည်။ ထို့အပြင်၊ CMA ဝါယာကြိုး၏ အဆုံးနှစ်ဖက်စလုံးကို crimp မှတစ်ဆင့် ဘယ်နှင့်ညာ terminal များတွင် အသီးသီးတပ်ဆင်ထားသည်။ အပေါ်နှင့်အောက်ပြားများကြားတွင် ကွာဟချက်ကို ထိန်းသိမ်းရန် ရွေ့လျားနိုင်သော assembly ၏ အဆုံးတစ်ဖက်တွင် plunger တစ်ခုကို တပ်ဆင်ထားသည်။ SMA ဝါယာကြိုးကို အသက်ဝင်စေသောအခါ ပိတ်ဆို့အားကို တိုင်းတာရန် contact မှတစ်ဆင့် sensor သို့ blocking force တစ်ခုပေးရန်လည်း plunger ကို အသုံးပြုသည်။
bimodal ကြွက်သားဖွဲ့စည်းပုံ SMA ကို စီးရီးဖြင့် လျှပ်စစ်ချိတ်ဆက်ထားပြီး input pulse voltage ဖြင့် စွမ်းအင်ပေးသည်။ voltage pulse cycle အတွင်း voltage ကို အသုံးပြုပြီး SMA ဝါယာကြိုးကို austenite ၏ ကနဦးအပူချိန်ထက် အပူပေးသောအခါ၊ strand တစ်ခုစီရှိ ဝါယာကြိုး၏ အရှည်သည် တိုတောင်းသွားသည်။ ဤပြန်လည်ရုပ်သိမ်းခြင်းသည် movable arm subassembly ကို အသက်ဝင်စေသည်။ voltage ကို တူညီသော cycle တွင် သုညဖြစ်သွားသောအခါ၊ အပူပေးထားသော SMA ဝါယာကြိုးကို martensite မျက်နှာပြင်၏ အပူချိန်အောက်တွင် အအေးခံပြီး ၎င်း၏ မူလအနေအထားသို့ ပြန်သွားသည်။ zero stress အခြေအနေများတွင်၊ SMA ဝါယာကြိုးကို bias spring ဖြင့် passively ဆန့်ထုတ်ပြီး detwinned martensitic state သို့ရောက်ရှိစေသည်။ SMA ဝါယာကြိုးဖြတ်သန်းသွားသော screw သည် SMA ဝါယာကြိုးသို့ voltage pulse တစ်ခု ပေးခြင်းဖြင့် ဖန်တီးထားသော compression ကြောင့် ရွေ့လျားသည် (SPA သည် austenite phase သို့ရောက်ရှိသည်)၊ ၎င်းသည် movable lever ကို actuation သို့ ဦးတည်စေသည်။ SMA ဝါယာကြိုးကို ပြန်လည်ရုပ်သိမ်းသောအခါ၊ bias spring သည် spring ကို ပိုမိုဆန့်ထုတ်ခြင်းဖြင့် ဆန့်ကျင်ဘက်အားကို ဖန်တီးပေးသည်။ impulse voltage ရှိ stress သည် သုညဖြစ်သွားသောအခါ၊ SMA ဝါယာကြိုးသည် forced convection cooling ကြောင့် ရှည်လျားလာပြီး ပုံသဏ္ဍာန်ပြောင်းလဲသွားကာ double martensitic phase သို့ရောက်ရှိသွားသည်။
အဆိုပြုထားသော SMA-based linear actuator စနစ်တွင် SMA ဝါယာကြိုးများ ထောင့်မှန်ကျသော bimodal configuration ရှိသည်။ (က) prototype ၏ CAD မော်ဒယ်ကို ပုံဖော်ထားပြီး prototype အတွက် အစိတ်အပိုင်းအချို့နှင့် ၎င်းတို့၏ အဓိပ္ပာယ်များကို ဖော်ပြထားသည်။ (ခ၊ ဃ) တီထွင်ထားသော စမ်းသပ် prototype35 ကို ကိုယ်စားပြုသည်။ (ခ) လျှပ်စစ်ချိတ်ဆက်မှုများနှင့် bias spring များနှင့် strain gauges များအသုံးပြုထားသော prototype ၏ အပေါ်စီးမြင်ကွင်းကို ပြသထားပြီး (ဃ) setup ၏ perspective view ကို ပြသထားသည်။ (င) SMA ဝါယာကြိုးများကို မည်သည့်အချိန်တွင်မဆို t တွင် bimodally ထားရှိထားသော linear actuation စနစ်၏ ပုံကြမ်း၊ fiber နှင့် muscle strength ၏ ဦးတည်ရာနှင့် လမ်းကြောင်းကို ပြသထားသည်။ (ဂ) two-plane SMA-based actuator ကို ဖြန့်ကျက်ရန်အတွက် 2-DOF rotational prismatic connection တစ်ခုကို အဆိုပြုထားသည်။ ပြထားသည့်အတိုင်း၊ link သည် bottom drive မှ top arm သို့ linear motion ကို ထုတ်လွှင့်ပြီး rotational connection ကို ဖန်တီးပေးသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ prisms တစ်စုံ၏ ရွေ့လျားမှုသည် multilayer first stage drive ၏ ရွေ့လျားမှုနှင့် အတူတူပင်ဖြစ်သည်။
ပုံ ၉ခ တွင်ပြထားသည့် ပုံစံငယ်တွင် SMA ကိုအခြေခံ၍ bimodal drive ၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို အကဲဖြတ်ရန် စမ်းသပ်လေ့လာမှုတစ်ခု ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ ပုံ ၁၀က တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ စမ်းသပ် setup တွင် SMA ဝါယာကြိုးများသို့ input voltage ထောက်ပံ့ပေးရန် programmable DC power supply ပါဝင်သည်။ ပုံ ၁၀ခ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ piezoelectric strain gauge (PACEline CFT/5kN) ကို Graphtec GL-2000 data logger ကို အသုံးပြု၍ blocking force ကိုတိုင်းတာရန်အသုံးပြုခဲ့သည်။ အချက်အလက်များကို နောက်ထပ်လေ့လာမှုအတွက် host မှ မှတ်တမ်းတင်ထားသည်။ Strain gauges နှင့် charge amplifiers များသည် voltage signal ထုတ်လုပ်ရန် constant power supply လိုအပ်သည်။ သက်ဆိုင်ရာ signal များကို piezoelectric force sensor ၏ sensitivity နှင့် ဇယား ၂ တွင်ဖော်ပြထားသည့်အတိုင်း power output များအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲသည်။ voltage pulse တစ်ခုကို အသုံးပြုသောအခါ၊ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်မြင့်တက်လာပြီး SMA ဝါယာကြိုးကို ဖိသိပ်စေပြီး actuator သည် force ကိုထုတ်ပေးသည်။ 7 V input voltage pulse မှ muscle strength ၏ output ၏ စမ်းသပ်ရလဒ်များကို ပုံ ၂က တွင်ပြထားသည်။
(က) actuator မှထုတ်လုပ်သောအားကိုတိုင်းတာရန်စမ်းသပ်မှုတွင် SMA-based linear actuator စနစ်ကိုတပ်ဆင်ထားသည်။ load cell သည် blocking force ကိုတိုင်းတာပြီး 24 V DC power supply မှပါဝါပေးသည်။ GW Instek programmable DC power supply ကို အသုံးပြု၍ cable တစ်လျှောက်လုံး 7 V voltage drop ဖြစ်ပေါ်စေခဲ့သည်။ SMA ဝါယာကြိုးသည် အပူကြောင့်ကျုံ့သွားပြီး ရွေ့လျားနိုင်သောလက်သည် load cell နှင့်ထိတွေ့ကာ blocking force ကိုဖြစ်ပေါ်စေသည်။ load cell ကို GL-2000 data logger နှင့်ချိတ်ဆက်ထားပြီး data ကို နောက်ထပ်လုပ်ဆောင်ရန်အတွက် host တွင်သိမ်းဆည်းထားသည်။ (ခ) ကြွက်သားခွန်အားကိုတိုင်းတာရန် experimental setup ၏ components များ၏ chain ကိုပြသသည့် diagram။
ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်သတ္တုစပ်များသည် အပူစွမ်းအင်ဖြင့် လှုံ့ဆော်ခံရသောကြောင့် အပူချိန်သည် ပုံသဏ္ဍာန်မှတ်ဉာဏ်ဖြစ်စဉ်ကို လေ့လာရာတွင် အရေးကြီးသော ကန့်သတ်ချက်တစ်ခု ဖြစ်လာသည်။ စမ်းသပ်မှုအရ၊ ပုံ ၁၁က တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း၊ အပူပုံရိပ်ဖော်ခြင်းနှင့် အပူချိန်တိုင်းတာမှုများကို ပုံစံတူ SMA-အခြေခံ divalerate actuator တွင် ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ ပရိုဂရမ်ရေးသားနိုင်သော DC အရင်းအမြစ်သည် ပုံ ၁၁ခ တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း စမ်းသပ်မှုစနစ်တွင် SMA ဝါယာကြိုးများသို့ အဝင်ဗို့အားကို အသုံးချခဲ့သည်။ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်ပြောင်းလဲမှုကို မြင့်မားသော resolution LWIR ကင်မရာ (FLIR A655sc) ကို အသုံးပြု၍ အချိန်နှင့်တပြေးညီ တိုင်းတာခဲ့သည်။ host သည် ResearchIR software ကို အသုံးပြု၍ နောက်ထပ် post-processing အတွက် data များကို မှတ်တမ်းတင်သည်။ voltage pulse တစ်ခုကို အသုံးပြုသောအခါ၊ SMA ဝါယာကြိုး၏ အပူချိန်တိုးလာပြီး SMA ဝါယာကြိုး ကျုံ့သွားသည်။ ပုံ ၂ခ တွင် 7V အဝင်ဗို့အား pulse အတွက် အချိန်နှင့် နှိုင်းယှဉ်ထားသော SMA ဝါယာကြိုးအပူချိန်၏ စမ်းသပ်မှုရလဒ်များကို ပြသထားသည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၂ ခုနှစ်၊ စက်တင်ဘာလ ၂၈ ရက်
